Предполагают что компас был изобретен в древнем. Компас (история изобретения). Сообщение о компасе
19.10.2015
В истории науки существует термин «4 великих изобретения». Речь идет об инновациях, которые были созданы в Китае и навсегда изменили понимание человеком окружающего мира. Наряду с бумагой, колесом и порохом, китайские ученые древности первыми подарили человечеству компас. Компас стал тем изобретением, без которого никогда бы не стали возможны географические открытия, не смогла бы существовать транснациональная торговля и многие другие процессы, создавшие нашу цивилизацию.
Первое письменное упоминание о компасе относится к 1044 году. В китайской книге описывается удивительное приспособление, с помощью которого путник мог ориентироваться в пустыне. Подробно компас был описан 40 годами позднее китайцем Шэнь Ко. Автор описывает конструкцию: кусок металла крепился к палке, которая была погружена в воду. Таким образом, достигался магнитный резонанс, та часть дерева, на которой крепилось железо, указывала направление в сторону севера.
Как компас попал в Европу доподлинно неизвестно. По всей видимости, изобретение принесли с собой арабы, которые к XII веку окончательно завоевывают территорию современной Испании. Оттуда компас попадает сперва к итальянцам, а затем и к англичанам. К слову, стоит отметить, что современное название прибора этимологически относится как раз к английскому compass, что означает «круг».
Существует и другая точка зрения, согласно которой компас в Европе был впервые изобретен викингами в X-XI веках, во времена походов на запад. Стремясь открыть для себя морские пути в неизведанные страны, северные войны использовали некое изобретение, которое позволяло определять направление сторон света, при помощи воды и солнца. Недаром, считается, что первыми берегов Америки достигли исландские воины. Сложно представить, чтобы они смогли пройти такой долгий путь, ориентируясь исключительно по звездам.
Первым из европейских ученых, усовершенствовавших конструкцию компаса, стал итальянец Флавио Джойя. Он предложил крепить стрелку на шпильку, что существенно сократило погрешность в указании направления, а также разделил окружность на 16 румбов (позже на 32). Таким образом, морская качка теперь практически не влияла на показания прибора, а капитаны кораблей смогли грамотно описывать и рассчитывать направление.
В XX веке с развитием инженерного дела, географии и геодезии создаются новые образцы прибора: электромагнитный компас, гирокомпас, буссоль и другие устройства. Так, в 1927 году был впервые опробован электрический компас. Необходимость такой разработки появилась в связи с развитием авиации. Первым летчиком, совершившим путешествие через Атлантический океан с таким компасом, стал американец Чарльз Линдберг.
С развитием науки пришло и понимание относительно некоторых тонкостей. Так, магнитный и реальный (географический) полюса земли не совпадают, что приводит к погрешности в расчетах. Это чревато, к примеру, отклонением от курса кораблей, совершающих плавание. Именно поэтому в конце XIX был разработан, так называемый, гирокомпас. Сегодня он используется практически на всех морских судах, отличается более сложной конструкцией и высокой точностью.
История создания компаса - это история человеческой наблюдательности. Если бы, однажды, один китайский мудрец не заметил бы связи между сторонами света, звездами и реакцией металла, возможно, человечество на долгие годы было бы вынуждено притормозить в своем развитии.
История компаса [ВИДЕО]
Порох, книгопечатание, бумага и компас... Считается, что именно эти вещи были «четырьмя великими китайскими изобретениями», которые повлияли на сегодняшнюю картину цивилизованного мира. Отрицать пользу прибора, способного определять стороны света, нелепо, но так ли нужен компас сейчас, когда спутниковая связь, навигаторы, гео-таргетирование в каждом смартфоне и общий уровень развития технологий предлагают совершенные способы решения тех же задач? Может, место компаса в музее, рядом с астролябией и моделью древней галеры?
Этот предмет известен человечеству очень давно: первые упоминания о компасе относятся к временам китайской династии Сун (10-13 века н.э.), когда насаженная на вертикальную ось стрелка стала помогать ориентироваться в пустыне.
Морской компас впервые был описан в XIII веке, и уже со времен Средневековья стал активно использоваться европейскими корабелами в путешествиях. До того, как научиться использовать магнитное притяжение Земли в своих целях, китайцы делали так называемые «колесницы, указывающие на юг» ‒ сложнейшие немагнитные навигационные приборы, действие которых основывалось на принципе обратной связи. С изобретением компаса стало возможно быстро и просто понять, в какую сторону двигаться.
Как устроен компас
Происхождением современное название обязано староанглийскому слову «compass», в XIII-XIV веках обозначавшему «круг». Даже второклассникам сегодня известно, что «компас показывает, где Север», но как же он это делает?
Существованием прибор обязан наличию у Земли магнитного поля, вдоль силовых осей-линий которого (параллельно им) вытягивается стрелка компаса. Этому способствуют магниты, расположенные внутри прибора. Собственно, металлическая стрелочка ‒ и есть этот магнит, одной стороной отталкивающийся, а другой ‒ притягивающийся к планете, как два маленьких магнитика в детской игре. В зависимости от вида компаса, стрелка может плавать в жидкости (известный фокус с иголкой и бумажкой, по сути, примитивный навигационный приборчик), работать с помощью рамок с обмотками (как электрогенератор) или гироскопов.
Классический магнитный компас ‒ это пластиковая или латунная коробочка округлой формы. В ее центре - штырь из стали, на котором вращается стрелка (она намагниченная). На нем обычно установлен кусок агата или другого материала, уменьшающий трение между штырьком и стрелочкой. Закрывается конструкция стеклом, а под указателем-стрелкой есть тормозной рычажок, неподвижно закрепляющий ее в нерабочем положении.
На «циферблате», то есть дне коробки, располагается лимб ‒ разметка с делениями от 0 до 360° (с шагом 5-15°), сторонами горизонта и диаметрами, перпендикулярными друг другу. Традиционно стрелку окрашивают в два цвета: холодный синий будет указывать на север, а красный ‒ на жаркий юг, но бывают стрелки, просто заостренные или маркированные с одной стороны. Стороны света чаще всего обозначаются латинскими буквами: N ‒ север, S ‒ юг, W ‒ запад и E ‒ восток.
Виды компасов
Часто маленькие компасы снабжают ремешком, чтобы их можно было носить как часы, а крупные - помещают в футляр-кожух, оберегающий прибор от повреждений и влаги. Определить местоположение просто: нужно отпустить тормоз, и стрелка, перестав вращаться, укажет направление. Стоит помнить о помехах вблизи линий электропередач, полотна железных дорог и т.п.
Кроме базовой, известны и другие разновидности прибора:
- Магнитные компасы. Туристические (например, когда-то популярный компас Андрианова ‒ классический образец магнитных взаимодействий), военные, более точно определяющие азимут. В них, помимо шкалы, есть еще и линейка, визиры, увеличительные линзы.
- Геологические, горные компасы, компас Брантона. В них шкала расположена против часовой стрелки. Монтируется прибор на прямоугольной пластине (латунной или пластмассовой), используется для того, чтобы определять наклонные углы падения слоев горной породы. В таких компасах есть полулимб и клинометр (отвес).
- Гироскопические компасы. Они работают с помощью гироскопов и показывают направление не на магнитный, а на истинный полюс Земли. Устанавливаются такие приборы на морские суда и самолеты, т.к. они устойчивы к тряске, раскачиванию (для этих же целей предназначен пелорус ‒ консоль под компас, который устанавливается на нее в кардановом подвесе);
- Экзотические варианты. Астрономический компас, определяющий положение по звездам, буссоль ‒ геодезическая разновидность для измерения углов при съемке на местности и прочие.
- Электронные современные модификации. Они определяют координаты через навигационные спутниковые системы (нужно минимум три спутника) и оснащены множеством программ, превращающих компас в мощное многофункциональное устройство.
Для чего же нужен компас в современной действительности
Главное свойство, которое отличает обыкновенный магнитный компас от других приборов и делает его незаменимым даже в наш технологичный век, ‒ это его абсолютная независимость от любых внешних источников питания. Чтобы определить местоположение, не понадобится батарейка или электросеть, можно не бояться, что спутниковая система выйдет из стоя, электроника засбоит, а сложные схемы перестанут работать.
Нужен компас, прежде всего там, где нет связи, электричества и цивилизации: в дальних туристических походах, путешествиях в заповедные уголки, малоизученную или незнакомую местность. Чтобы не зависеть от обстоятельств, спортсменам и туристам нужны лишь компас и карта ‒ а обычному человеку, представляющему приблизительно, где он находится, и желающему выйти к цивилизации, можно обойтись и без карт.
Современные компасы с GPS тоже пригодятся в путешествии ‒ стоит запастись и этой, и традиционной разновидностями (если у электронного все же сядут батарейки), а также набором карт. Для того, чтобы обращаться с электронным компасом, нужно иметь навык такой работы, и неподготовленным людям лучше не начинать знакомство с ним прямо в походе. Для гор стоит выбрать спортивно-альпинистские модели, которые предлагают специализированные магазины. Этот незаменимый прибор рано списывать на «свалку» истории ‒ как любое простое и гениальное изобретение, он способен выручить там, где не работают сложные схемы.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Если ты идёшь в поход, Переходишь речку вброд,
Влево и на косогор - Расширяешь кругозор
Ты возьми меня с собой Я верну тебя домой
Знаю север, знаю юг - Не заблудишься, мой друг.
(Самуил Маршак)
На уроке окружающего мира мы постигаем тайны нашего общего дома - замечательной планеты Земля. При изучении раздела «Как люди познают мир», тема «Приборы и инструменты» меня заинтересовал вопрос из учебника, «Какие ещё приборы ты знаешь?». И я вспомнила про компас.
Цель работы: Осознать важность открытия человеком компаса и его роли в развитии цивилизации
Задачи:
Изучить дополнительную литературу. Научиться ориентироваться в пространстве не имея компаса под рукой. Изготовить самодельный компас своими руками.
Объект исследования: компас
Гипотеза исследования:
Я предполагаю, что с помощью изготовленного из подручных средств компаса можно определить стороны горизонта в домашних условиях.
Методы исследования: поисковые, описательные, теоретические и практические.
Глава 1
История создания компаса
Человек начал путешествовать очень давно. Большинство первых морских путешественников сбивалось с курса. Человек понял, что без специального прибора он обречен на долгие поиски верного пути. Так, был изобретен удивительное древнее изобретение компас для определения сторон горизонта.
Предположительно впервые он был создан в Древнем Китае ещё в III веке до нашей эры. Само слово «компас» произошло от древнебританского «compass», означавшего круг (см. рис.1 приложение № 1).
Китайцы знали, что магнит притягивает железо. Им было известно свойство магнита - указывать направление на север и на юг. Китайский компас представлял собой ложку с длинной ручкой, изготовленную из намагниченного железа. Ложку клали на гладкую деревянную подставку с делениями со знаками зодиака, раскручивали её, и она останавливалась. Выпуклая часть ложки легко вращалась по пластине. Черенок всегда указывал на юг. В таком виде китайский компас в ХII в. заимствовали арабы.
В ХIV в. Итальянец Флавио Джойя усовершенствовал этот прибор. Он надел магнитную стрелку на вертикальную шпильку. Это улучшило работу компаса. К стрелке была прикреплена картушка (лёгкий круг), разбитая на 16 румбов (см. рис.2 приложение № 2).
Спустя два столетия деление картушки составляло 32 румба. Уже к XVIII веку компас становится довольно сложным прибором, указывающим не только направление, но и время.
Устройство компаса Андрианова
В нашей стране наиболее распространен компас системы Андрианова (см. рис.3 приложение № 3).
Он состоит из 5 частей: корпус компаса, визирное кольцо, магнитная стрелка, лимб (циферблат), зажим.
Правильно работающий компас всегда синей стрелкой смотрит на север, красная же, соответственно, показывает точно противоположно — на юг.
1.3 Принцип действия
Прежде чем использовать компас, его нужно проверить, положить его на горизонтальную поверхность и дождаться, пока стрелка замрёт, показывая, где север. Затем к прибору нужно поднести любой металлический предмет. Под воздействием магнита стрелка отклонится в его сторону. Убираем из поля действия металл и наблюдаем за нашей стрелкой.
Если наш компас исправный, то стрелочка непременно повернётся в исходное положение на север.
Глава 2: 2.1 Практическая часть. Ориентирование по местным природным признакам
Такие профессии, как геолог, летчик и моряк неразрывно связаны со знанием компаса.
Иногда в походе, лесу, важно знать точное направление пути, чтобы не заблудиться. Понять, где север, а где юг можно сориентироваться по местным признакам (см. рис.4,5,6,7,8 приложение № 4. ) Мхи и лишайники растут на стволах деревьев, пнях, камнях с северной стороны. У берез кора на южной стороне белее белая и чистая, чем с северной. Крона деревьев пышнее с южной стороны. Муравьи устраивают жилища на юг от дерева. Снег тает весной на склонах гор, обращенных к югу.
Но не все признаки бывают надежными, поэтому, чтобы правильно сориентироваться, надо при солнечной погоде в полдень стать спиной к солнцу так, чтобы тень была точно впереди человека. Тогда впереди у него будет - север, за спиной - юг, справа - восток, слева - запад (см. рис.9 приложение № 5).
2.2 Изготовление самодельного компаса
Существует множество способов изготовления простейшего компаса из подручных средств, в домашних и походных условиях. Рассмотрим подробно.
Для изготовления компаса понадобится иголка, бумага, ножницы, две бусины красного и синего цветов, и емкость с водой (см. рис.10,11,12,13 приложение № 6.) Игла будет выполнять функцию магнитной стрелки - указателя сторон света. Основанием для стрелки будет служить легкий плавучий материал, как, например, бумага.
В емкость среднего размера налейте воду. Иголку необходимо приложить к ножницам и интенсивно тереть в одном направлении. Так происходит процесс намагничивания (см. рис.14 приложение № 7) .
Из бумаги вырезать круг и проколоть нашей иголкой (см. рис.15 приложение № 7) . Нанизать на иглу бусины (см. рис.16 приложение № 7).
Поместите самодельный компас в емкость с водой (см. рис.17 приложение № 7) . Правильно сделанный компас должен какое-то время двигаться. Если он неподвижно стоит, кусочек металла необходимо намагнитить еще раз. Если вы все сделали правильно, поставленный на воду компас будет медленно вращаться. Когда импровизированная магнитная стрелка перестанет перемещаться, ее намагниченная сторона укажет на стороны света (юг - игла на конце закрепленной красной бусинкой, на север - соответственно синей) (см. рис.18 приложение № 7).
В походных условиях для изготовления компаса понадобится любой кусок металла: иголка, булавка, скрепка, металлическая проволока, все, что найдется под рукой. Основанием для стрелки будет служить легкий плавучий материал, как, например, губка, пробка, пенопласт, лист дерева.
Чтобы кусок металла начал выполнять функции указателя сторон света, его необходимо заострить и намагнитить о ткань, мех, железо. В крайнем случае, для намагничивания можно воспользоваться собственными волосами. Кусок металла необходимо приложить к выбранному предмету и интенсивно тереть в одном направлении и опустить металл в лужу. Намагниченный конец металла укажет на север.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проведения своей исследовательской работы, я подтвердила свою гипотезу, что с помощью изготовленного из подручных средств компаса можно определить стороны горизонта в домашних условиях, узнала историю создания и устройства компаса. Научилась пользоваться этим сложным для меня прибором.
Считаю, что полученные знания позволят мне и ребятам с полной уверенностью определить стороны света в любом месте, независимо от погодных условий и времени суток.
В будущем, я планирую посещать школьный туристический спортивный кружок «Максимум», руководителем которого является учитель географии, член Российского географического общества Республики Башкортостан Юсупов Ильнур Гайнисламович. Благодаря ему, в нашей школе создается ассоциированная школа Российского географического общества.
Спасибо за внимание!
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
https://otvet.mail.ru/question/5173277
https://otvet.mail.ru/question/58499957
Дегтерев, Н. Д. Стрелочные магнитные компасы [Текст] / Н.Д. Дегтерев. - Ленинград, 1984
Зарапин, В.Г. Научные опыты на даче [Текст] / В.Г. Зарапин, Пьянникова О.О., Яковлева М.А. - Москва, 2014
Кожухов, В.П. и др. Магнитные компасы [Текст] / В.П. Кожухов. - Москва, 1981
Феоктистова, В.Ф., Исследовательская и проектная деятельность младших школьников. Рекомендации для учителя [Текст] / В.Ф. Феоктистова. - Волгоград: Издательство «Учитель», 2010
ПРИЛОЖЕНИЕ № 1. Древнее изобретение китайцев.
Рис. 1 Впервые он был создан в Древнем Китае в III веке до нашей эры
ПРИЛОЖЕНИЕ № 2. Прибор итальянца Флавио Джойя
Рис. 2 В ХIV в. Итальянец Флавио Джойя усовершенствовал этот прибор. Он надел магнитную стрелку на вертикальную шпильку. К стрелке прикрепил картушку (лёгкий круг), разбитую на 16 румбов.
ПРИЛОЖЕНИЕ № 3. Компас Андрианова
Рис. 3 Устройство компаса Андрианова
ПРИЛОЖЕНИЕ № 4. Ориентирование по местным признакам
Мхи и лишайники растут на стволах деревьев, пнях, камнях с северной стороны
У берез кора на южной стороне белее белая и чистая, чем с северной.
Крона деревьев пышнее с южной стороны.
Муравьи устраивают жилища на юг от дерева.
Снег тает весной на склонах гор, обращенных к югу.
ПРИЛОЖЕНИЕ № 5. Ориентирование при солнечной погоде
Рис. 9 В солнечную погоду в полдень нужно стать спиной к солнцу так, чтобы тень была точно впереди человека. Тогда впереди у него будет - север, за спиной - юг, справа - восток, слева - запад.
ПРИЛОЖЕНИЕ № 6. Для изготовления компаса необходимо
Рис. 10 Емкость с водой
Рис. 11 Ножницы
Рис. 12 Игла, две бусины красного и синего цветов
Рис.13 Бумага
ПРИЛОЖЕНИЕ № 7. Изготовление компаса в домашних условиях
Рис 14 Иголку интенсивно трем в одном направлении. Так происходит процесс
намагничивания.
Рис. 15 Из бумаги вырезаем круг и прокалываем нашей иголкой
Рис. 16 Нанизываем на иглу бусины
Рис. 17 Опускаем самодельный компас в емкость с водой.
Рис.18 Намагниченная сторона иглы всегда останавливается, точно указывая на север
История изобретения компаса уходит далеко в прошлое. Первое описание компаса сделал в III веке до нашей эры китайский философ Хэнь Фэй-цзы. Это была разливательная ложка, сделанная из магнетита с узкой ручкой, по форме похожая на шар. Ее устанавливали на пластину из меди и дерева, на которой была сделана разметка знаков зодиака. При этом ручка находилась на весу и могла крутиться по кругу. Ложку приводили в движение, и она всегда при остановке указывала на юг. Это был самый первый компас в мире.
В середине XI столетия в Китае изготовили из искусственного магнита плавающую стрелку. Чаще всего она имела форму рыбы. Ее опускали вводу, где она плавала. Голова рыбки всегда указывала на юг. В тоже время ученый из Китая Шэнь Гуа придумал несколько вариантов компаса. Он намагничивал швейную иглу и с помощью воска крепил ее к висящей нити из шелка. Это был более точный компас, так как было уменьшено сопротивление, возникающее при повороте. В другом варианте он предлагал эту иголку насадить на шпильку. На основании своих опытов изобретатель Шэнь Гуа заметил, что стрелка показывает на юг с небольшим отклонением. Он смог объяснить это разницей между магнитным и географическим меридианом. Позже ученые научились высчитывать это отклонение для разных частей Китая. В XI столетии на многих китайских кораблях стояли плавающие компасы. Их располагали на носу корабля, чтобы капитан всегда мог смотреть на его показания.
В XII веке китайским изобретением воспользовались арабы, а в XIII веке - европейцы. В Европе первыми узнали о компасе итальянцы, потом испанцы, французы, а затем англичане и немцы. Тогда компас представлял собой пробку и намагниченную иголку, плавающую в емкости с водой. Вскоре, чтобы защитить от ветра, ее стали прикрывать стеклом.
В начале XIV века намагниченную стрелку установили на круг из бумаги, а через некоторое время итальянец Флавио Джойя разделил круг на 16 частей, а затем на 32 сектора. В середине XVI столетия стрелку закрепили на карданном подвесе, для снижения влияния качки, а через столетие в истории компаса отмечено появление вращающейся линейки, что увеличило точность показаний. Компас стал первым прибором навигации для прокладывания пути в открытом море. Это позволило морякам отправляться в далекие плавания через океан.
Уже в глубокой древности люди научились определять свое положение в пространстве, ориентируясь по четырем сторонам горизонта. Известно, что точки соприкосновения солнца с горизонтом во время восхода и захода показывают направления на восток и запад, юг определяется положением солнца в зените, а север находится противоположно югу. По этим четырем направлениям были сориентированы уже жертвенники трипольской культуры VI-III тысячелетий до н. э. Можно определить направление также по положению звезд , кроме того, есть достаточно примет-указателей, основанных на наблюдениях за природой. Но как сориентироваться, к примеру, в пасмурный день в море или в пустыне, где нет ни деревьев, ни муравейников?
В этом случае невозможно обойтись без компаса прибора для ориентирования относительно сторон горизонта, который указывает направление географического или магнитного меридиана.
Компас «колесница, указывающая на юг».
Все многочисленные разновидности компасов можно разделить на магнитные и немагнитные. Традиционно считается, что сначала были изобретены магнитные компасы, действие которых основано на взаимном притяжении или отталкивании двух магнитов. Однако существует китайская легенда об изобретенной гораздо раньше «колеснице, указывающей на юг», первом немагнитном компасе.
Согласно этой легенде, Желтый император Хуан-ди начал войну с племенем императора Янь-ди . Во время боевых действий колдун Чи Ю напустил густой туман, чтобы люди Хуан-ди заблудились. Но с помощью колесницы, указывающей на юг, они нашли правильный путь и в конечном итоге одержали победу. По преданию, это произошло около 2600 г. до н. э., но реальные исторические сведения относят изобретение устройства к III в. Суть его в том, что на колеснице устанавливалась фигурка человека, которая указывала на юг независимо от направления движения. Сложный зубчатый механизм колесницы учитывал разницу в количестве оборотов ее колес при поворотах и разворачивал фигурку лицом к югу.
Простейший магнитный компас состоит из намагниченной стрелки, которая свободно вращается в горизонтальной плоскости и ориентируется вдоль магнитного меридиана. Наша планета также является магнитом. Противоположные полюса магнитов притягиваются, одноименные отталкиваются. При ориентировании с помощью современного компаса за точку отсчета берется север, поэтому традиционно считается, что стрелка компаса как раз и показывает на север, хотя на самом деле это не совсем так. Концы магнитной стрелки указывают на магнитные полюса Земли, которые не совпадают с географическими, да еще и медленно дрейфуют. До сих пор условно полагают, что Северный магнитный полюс находится на острове Сомерсет, в 2100 км от географического Северного полюса, хотя это было справедливо полвека назад. К тому же на точность показаний компаса влияют находящиеся вблизи металлические предметы или магниты, электронные приборы, залежи металлических руд, а также магнитные бури.
Остров Сомерсет в окружении других островов. Спутниковый снимок.
Первый, довольно примитивный, магнитный компас, о котором имеются достоверные исторические данные, был изобретен в Китае. Когда именно это произошло, точно неизвестно, но в III в. до н. э. философ Хэнь Фэй-цзы так описывал устройство современного ему компаса, который назывался «сынань», что означает «ведающий югом»: он имел вид ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или деревянной пластине так, чтобы черенок не касался пластины, при этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания.
На пластину были нанесены обозначения стран света. Подтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. Остановившись, компас указывал черенком, который играл роль магнитной стрелки, в сторону юга.
В XI в. было сделано следующее наблюдение: эффект намагничивания проявляется не только при соприкосновении магнита с железом, но и при охлаждении железа, раскаленного докрасна. Это открытие легло в основу компаса, изготовленного в виде железной рыбки, которую нагревали и опускали в сосуд с водой. Рыбка плавала в воде, поворачиваясь головой в сторону юга. Если же ее нагревали повторно, она теряла магнитные свойства. Такой компас упоминается в трактате «Основы военного дела» («У цзинь цзуняо»), написанном в 1044 г.
Китайские мореплаватели раньше других начали ориентироваться по магнитным компасам.
Китайский магнитный компас.
Если оказаться с магнитным компасом между северным географическим полюсом и северным магнитным полюсом, северный конец стрелки будет показывать на юг, а южный на север. В районе магнитного полюса стрелка, подвешенная на нити, стремится развернуться вниз, вдоль магнитных линий Земли.
Примерно в это же время несколько разновидностей компаса изобрел китайский ученый Шэнь Гуа. Он предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем за середину прикрепить ее с помощью воска к свободно висящей шелковой нити. Этот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при повороте. Другая конструкция компаса, предложенная Шэнь Гуа, была еще ближе к современной: намагниченная иголка в нем насаживалась на шпильку. Во время своих опытов Шэнь Гуа установил, что стрелка компаса показывает не точно на юг, а с некоторым отклонением, и правильно объяснил причину этого явления тем, что магнитный и географический меридианы не совпадают, а образуют угол (его называют магнитным склонением).
Вскоре большинство китайских кораблей были оснащены компасами, состоящими из намагниченной иголки и кусочка пробки, плававшего в сосуде с водой. В таком виде китайский компас в XII в. заимствовали арабы, а еще через сто лет «плавающая игла» стала известна европейцам. Первыми ее переняли у арабов итальянские моряки. Именно они начали закрывать сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра. Европейское название этого устройства предположительно происходит от вульгарного латинского compassare «измерять».
В середине XIV в. магнитную стрелку поместили на острие в середине бумажного круга картушки. Затем итальянец Флавио Джойя усовершенствовал компас, разделив картушку на 1 б частей (румбов) по четыре на каждую страну света. Позднее круг был разделен на 32 равных сектора. В XVI в. для уменьшения воздействия качки стрелку стали крепить на кардановом подвесе, а еще век спустя компас снабдили пеленгатором вращающейся линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направление. Компас произвел такой же переворот в мореплавании, как порох в военном деле. Вооружившись компасом, испанские и португальские моряки в конце XV в. отважились на далекие плавания через океан.
В настоящее время магнитные компасы используются в основном туристами, топографами, геологами, а также в спортивном ориентировании и в качестве дополнительного средства морской навигации. С начала XX в. в мореплавании начали употреблять немагнитные гирокомпасы. В отличие от магнитных они указывают точно на географические полюса Земли, к тому же не испытывают влияния внешних магнитных полей.
Принцип действия гирокомпаса основан на свойствах гироскопа и суточном вращении Земли. Фактически гирокомпас и есть гироскоп вращающийся ротор, установленный в кардановом подвесе, дающем оси ротора возможность свободно изменять положение в пространстве. При вращении ротор сохраняет свою пространственную ориентацию в силу закона сохранения момента импульса. Сам по себе вращающийся гироскоп не является навигационным средством. Чтобы возникла процессия, ось ротора, например с помощью груза, удерживают в горизонтальном положении по отношению к поверхности Земли. При этом сила тяжести создает крутящий момент, в результате чего ось ротора поворачивается на истинный север.
Гироскоп был изобретен Иоганном Боненбергером предположительно в 1813 г. В 1852 г. французский ученый Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал его как прибор, показывающий изменение направления. Первый несовершенный гирокомпас был создан в 1885 г. датчанином Мариусом Герардусом ван ден Босом. Через 20 лет немецкий ученый Герман Аншютц-Кем-пфе на его основе создал и запатентовал свою модель гирокомпаса, рассчитывая использовать его при путешествии к северному полюсу на субмарине.
Еще через пять лет очередной вариант гироскопа запатентовал американец Элмер Сперри, основавший для его производства компанию Sperry Gyroscope. И все бы ничего, но Сперри рискнул предложить свою разработку германскому военно-морскому флоту, после чего Аншютц-Кемпфе обратился
в суд с иском о нарушении американцем патентного законодательства. В качестве патентного эксперта был приглашен сам Альберт Эйнштейн, который, хотя и после некоторых колебаний, подтвердил авторское право Аншютц-Кемпфе. В дальнейшем Эйнштейн участвовал в других разработках немецкого изобретателя, в частности в создании двухроторного гироскопического прибора, названного компасом Эйнштейна Аншютца.
Леон Фуко.
В последние годы широкое распространение получили электронные компасы, оснащенные блоком магниторезисторов микроэлектромеханических систем, определяющих свое относительное положение в магнитном поле Земли. Также к электронным средствам навигации можно отнести устройства, определяющие координаты посредством спутниковых систем (GPS, ГЛОНАСС). Такие навигаторы определяют местоположение объекта, измеряя расстояние до него от точек с известными координатами от спутников, находящихся на околоземной орбите. Строго говоря, эти устройства не являются компасами в классическом смысле, поскольку представляют собой всего-навсего приборы с индикацией путевого угла. Тем не менее ожидается, что развитие навигации в будущем будет происходить именно в этом направлении.
Группа ученых из России и США изобрела световой компас: луч, проходящий через облако атомов рубидия, точно определяет размер и ориентацию магнитного поля. В присутствии магнитного поля ориентация атомов менялась тем или иным способом, и эти изменения были хорошо видны в свете, свидетельствуя и об определенной величине, и о направлении магнитного поля.
